心电图机原理.docx

数字化医疗仪器
第五章数字化医学仪器应用实例
5.1传感采集接口的设计
5.1.1数据传感采集接口概述
人体的各种物理量（生物电位，心音，体温，血压等）需用传感器将其变成电信号，经由诸如放大，滤波，干扰抑制，多路转换等信号检测及预处理电路，将模拟量的电压或电流送A/D转换，变成数字量，供计算机处理。
传感器
信号检测
预处理
Ａ
/D
转换
并行接口
微处理机

5.1.2信号源与数据采集电路间的接口电路
前置预处理接口电路应该具有很高的输入阻抗和共模抑制比，其输入级应有必要的保护及隔离措施；
为适应不同生理信号幅度和输出的幅度范围，应有足够的增益，电路既要滤除各种干扰，又要频带合适，以便得到信号检出时的最大保真度；
信号源与数据采集电路间的接口电路
为与数据采集电路适配，输出端输出阻抗要低，幅度的动态范围、模拟信号的极性、状态信号的电平等等都必须符合配接的规定。
有的还应有相应的校准电路(如血压定标电路)。下面只就仪器中应用较多的生物电放大器和光电隔离电路做些介绍。
信号源与数据采集电路间的接口电路
一、心电信号放大器
为了给A／D转换提供一个低噪声、高灵敏度和幅度足够大的ECG信号电压。
完整的心电信号放大器应由输入保护及屏蔽电路、心电信号前置放大器、光电隔离电路、主放大电路、灵敏度调节和50Hz陷波电路、抗干扰滤波电路、外接输出电路以及限幅比较器、闭锁电路、无效信号检测电路等组成。
以下重点介绍心电信号前置放大器，如后页图所示。
心电信号前置放大器
心电图机用于测量体表心电图需要的频响为0.05~100Hz，因为骨骼肌信号在这范围内也比较大，所以在心电图内产生躯体的伪迹。
在诊断场合要求患者在几分钟内不动是办不到的，但对长期受监护的病人则更难办到，病人的肌电干扰就不可避免。
在监护时，往往把高频端限制在45~75Hz。
在心电图机中采用25Hz或35Hz肌电滤波器。

心电信号前置放大器图
心电信号前置放大器
心电图具有很低的频率成分，诊断用0.05Hz；但对监护仪来说，呼吸，电极偏置电位的变化，环境温度的变化及身体移动都会引起基线漂移，因而监护仪的低端频率为0.1~0.5Hz。心电图机采用0.1Hz去漂移滤波器。
心电图机电极和皮肤接触时，有些电极可以产生几百mV的极化电位。前置放大器的放大倍数不宜太大，以避免造成电路饱和，前置放大器的增益一般在100以下。为使心电信号推动记录机构，需要主放大器将心电信号进一步放大。前置放大器和主放大器之间可通过RC耦合，它决定了心电图机的低频响应，低端频响常以RC乘积（即时间常数来表示），如1.6秒，3.2秒。
心电信号前置放大器
心电图机电极和皮肤接触时的接触电阻不平衡降低抗干扰能力，故在每根导联线与缓冲放大器之间都接有10k电阻以减少接触电阻不平衡的影响。
三运放前置放大器:
心电图机常采用三运放组成的仪用放大器，如下页图所示。差分放大电路对经过导联选择电路选择的心电信号进行放大。
差分电路的特点是抑制因静电或磁感应而引入的50Hz交流共模干扰信号，使所需要的心电图信号得到放大，其放大倍数约为20倍。
进一步去除50Hz干扰还装有50Hz滤波电路。

三运放前置放大器图
心电信号前置放大器
抗共模干扰电路
共模干扰就是同时叠加在两条被测信号线上的外界干扰信号，因屏蔽引线的分布电容不完全相等而引起。
抑制共模干扰的措施：
利用双端输入的运放作为前置放大器，抑制共模干扰。
利用隔离放大器，变压器或光电耦合器将信号源和仪器隔离，使两个地之间没有直接的导通回路。
利用浮地输入双层屏蔽放大器。
数字化医疗仪器的共模干扰

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仪
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数字化
医疗仪器
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数字化医疗仪器的串模干扰
串模干扰
它是由外界条件引起的，叠加在被测电压上的干扰信号，并通过测量仪器的输入端，与被测信号一起进入测量仪器而引起的测量误差。串模干扰主要来自于高压输电线所产生的空间电磁场。抑制串模干扰的措施：
采用滤波器
双T滤波器，低通滤波器等。
选择器件
采用双积分型的A/D器件。积分周期要等于工频周期的整数倍。
电磁屏蔽
除进行电磁屏蔽外，应选用带有屏蔽层的双绞线或同轴电缆作信号线。
三运放电路特点为:
高输入阻抗;
高共模抑制比CMRR;
改变RG可调节放大倍数。公式计算：
设：R1=R2；R3=R4；R5=R6
Vo1-Vo2=IG（2R1+RG）；Vi1-Vi2=IGRG；故：Vo1-Vo2=（Vi1-Vi2)(2R1+RG)/RG
AV1=(2R1+RG)/RG=1+2R1/RG而：AV2=-R5/R3
所以：总差模增益AV=AV1*AV